CN113294310A

CN113294310A - 一种双向加压自动补水压力控制器

Info

Publication number: CN113294310A
Application number: CN202110591950.6A
Authority: CN
Inventors: 魏松; 李德娟; 肖淑霞; 陈清; 王为正; 章飞凡; 占超; 黄严堃; 苏陈; 佘海强
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology
Priority date: 2021-05-28
Filing date: 2021-05-28
Publication date: 2021-08-24

Abstract

本发明提供了一种双向加压自动补水压力控制器，包括供水单元、双向加压筒单元、供压单元与控制单元；供水单元中，由供水装置经两路带有进水电磁阀的进水管分别向双向加压筒单元中两加压筒的加压区内供水；双向加压筒单元中，两加压筒固定架设于底板上，近端之间设置驱动装置，两端设有活塞的传动杆同轴内置于两加压筒中，由驱动装置中的步进电机提供动力，经传动机构传动，能够在两加压筒之间沿轴向往复直线位移；供压单元中，经两路带有出水电磁阀的出水管分别接收有压水，汇流至设有压力传感器的供水管，向试验仪器供有压水；控制单元用于控制双向加压与自动补水。本发明使得双向加压筒内始终有可供利用的水源，为试验效率与结果提供保障。

Description

一种双向加压自动补水压力控制器

技术领域

本发明涉及压力控制器领域，更具体地说是一种双向加压自动补水压力控制器。

背景技术

现有的给相关试验仪器提供预定压力液体的压力控制器主要是单筒压力控制器，单筒压力控制器虽然在一定程度上也可以解决预设压力液体的供给问题，但在调节筒内液体压力值过程中，当筒内液体消耗完时，往往需要停机中途补给筒内液体，这给试验带来许多不便，影响试验效率，在一定程度上可能会对试验结果造成影响，增加试验误差。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。为此，本发明提出一种双向加压自动补水压力控制器，通过设置双向加压筒并能够实现自动补水，使得双向加压筒内始终有可供利用的水源，从而为试验效率与结果提供保障。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种双向加压自动补水压力控制器，其结构特点是：

包括供水单元、双向加压筒单元、供压单元与控制单元；

所述供水单元中，由供水装置经两路带有进水电磁阀的进水管分别向双向加压筒单元中两加压筒的加压区内供水；

所述双向加压筒单元中，两加压筒固定架设于底板上，等内径、等长、筒内空腔，呈同轴布置，远端与近端均封堵，近端之间设置驱动装置，两端设有活塞的传动杆同轴内置于两加压筒中，由驱动装置中的步进电机提供动力，经传动机构传动，能够在两加压筒之间沿轴向往复直线位移，所述传动杆与每侧加压筒之间均是以活塞将加压筒筒内分隔为两个彼此独立的空间，活塞与筒体远端之间作为所述加压区，所述加压区内于工作状态时充满无气水，是依靠传动杆朝向加压筒的远端行进实现对加压区内水体的加压；

所述供压单元中，经两路带有出水电磁阀的出水管分别自两加压筒的加压区接收有压水，两路出水管汇流至设有压力传感器的供水管，经所述供水管向试验仪器供有压水；

所述控制单元包括电脑、数模转换器、步进电机可编程控制器、步进电机驱动器、所述步进电机及所述压力传感器；所述数模转换器通过接口与所述压力传感器及电脑连接，接收由压力传感器检测到的压力信号并进行处理后输送至电脑程序，与预设压力值进行分析判断，依据分析判断结果对所述进水电磁阀、出水电磁阀及步进电机进行控制；所述步进电机驱动器由所述步进电机可编程控制器进行编程控制，对步进电机进行驱动，所述数模转换器与步进电机驱动器之间设有用于控制步进电机驱动器启闭的开关，通过所述步进电机驱动器的启闭实现对所述步进电机启闭的控制。

本发明的结构特点也在于：

所述传动杆在每侧加压筒内单向位移的行程小于加压筒内腔深度。

单个加压筒内腔深度与两加压筒之间间距长度之和与所述传动杆的杆长相等。

所述加压筒上设有顺着径向设置的导向螺钉，所述传动杆上按照导向螺钉的位置与尺寸对应顺着轴向开设导向槽，所述导向螺钉伸入导向槽内，与导向槽之间留有间隙。

所述驱动装置包括所述步进电机与传动机构，所述传动机构的小齿轮与大齿轮相啮合，小齿轮的轮轴与步进电机的电机轴联接，所述大齿轮设于两加压筒之间，与筒体呈同轴设置，轮体中心孔设内螺纹，所述传动杆杆体设外螺纹，贯穿大齿轮中心孔，与所述大齿轮之间螺纹配合构成丝杠副。

两加压筒近端均沿轴向内凹形成有第一环形凹槽，所述大齿轮两端面上、对应于两侧加压筒上的第一环形凹槽分别沿轴向内凹对应形成有相适配的第二环形凹槽，第一环形凹槽与第二环形凹槽相对、之间内置相适配的滚珠环。

所述活塞上套装有止水垫圈，形成对活塞与筒体内周壁之间的密封。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

本发明克服了目前单向加压的压力控制器在使用过程中只能停止运行才能给压力控制器补水的缺陷，基于双向加压基本原理，通过供水单元、双向加压筒单元、供压单元与控制单元的协同配合，实现双向加压与自动补水功能互换与连续自动运行，具体体现在：

1、本发明通过电脑编程，可以根据压力传感器反馈的压力信息，实现自动控制驱动装置带动传动杆在两加压筒内直线位移；

2、本发明能够实现自动补水，通过进水电磁阀、出水电磁阀的启闭，一侧加压筒向外供水时，另一侧加压筒从供水装置中向加压区内吸水，不断循环此操作，使得双向加压筒单元内始终有可供利用的水源；

3、本发明结构新颖、经济适用，可以有效减小因供水条件不足带来的试验误差，在一定程度上保证了试验的准确性。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是图1中I处局部放大示意图；

图3是传动杆结构分解示意图；

图4是加压筒的结构分解示意图；

图5是双向加压筒单元的平面结构示意图；

图6是图5中II向剖视结构示意图；

图7是图5中III向剖视结构示意图；

图8是传动机构的结构示意图；

图9是大齿轮与传动杆的剖视结构示意图；

图10是本发明一种实施方式的结构示意图；

图11是本发明另一种实施方式的结构示意图；

图12是本发明控制单元的工作原理示意图。

图中，1供水单元；2双向加压筒单元；3供压单元；4控制单元；5供水装置；6进水管；7进水电磁阀；8底板；9加压筒；10筒盖；11传动杆；12活塞；13止水垫圈；14加压区；15导向螺钉；16导向槽；17步进电机；18传动机构；19小齿轮；20大齿轮；21第一环形凹槽；22第二环形凹槽；23滚珠环；24进水孔；25出水孔；26安装架；27出水管；28出水电磁阀；29供水管；30压力传感器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1至图9，本实施例的双向加压自动补水压力控制器包括供水单元1、双向加压筒9单元2、供压单元3与控制单元4；

供水单元1中，由供水装置5经两路带有进水电磁阀7的进水管6分别向双向加压筒9单元2中两加压筒9的加压区14内供水；

双向加压筒9单元2中，两加压筒9固定架设于底板8上，等内径、等长、筒内空腔，呈同轴布置，远端与近端均通过螺纹装配的筒盖10封堵，近端之间设置驱动装置，两端设有活塞12的传动杆11同轴内置于两加压筒9中，由驱动装置中的步进电机17提供动力，经传动机构18传动，能够在两加压筒9之间沿轴向往复直线位移，传动杆11与每侧加压筒9之间均是以活塞12将加压筒9筒内分隔为两个彼此独立的空间，活塞12与筒体远端之间作为加压区14，加压区14内于工作状态时充满无气水，是依靠传动杆11朝向加压筒9的远端行进实现对加压区14内水体的加压；

供压单元3中，经两路带有出水电磁阀28的出水管27分别自两加压筒9的加压区14接收有压水，两路出水管27汇流至设有压力传感器30的供水管29，经供水管29向试验仪器供有压水；

控制单元4包括电脑、数模转换器、步进电机可编程控制器、步进电机驱动器、步进电机17及压力传感器30；数模转换器通过接口与压力传感器30及电脑连接，接收由压力传感器30检测到的压力信号并进行处理后输送至电脑程序，与预设压力值进行分析判断，依据分析判断结果对进水电磁阀7、出水电磁阀28及步进电机17进行控制；步进电机驱动器由步进电机可编程控制器进行编程控制，对步进电机17进行驱动，数模转换器与步进电机驱动器之间设有用于控制步进电机驱动器启闭的开关，通过步进电机驱动器的启闭实现对步进电机17启闭的控制。

具体实施中，相应的结构设置也包括：

传动杆11在每侧加压筒9内单向位移的行程小于加压筒9内腔深度。

单个加压筒9内腔深度与两加压筒9之间间距长度之和与传动杆11的杆长相等。

加压筒9近端筒盖10上设有顺着径向设置的导向螺钉15，传动杆11上按照导向螺钉15的位置与尺寸对应顺着轴向开设导向槽16，导向螺钉15伸入导向槽16内，与导向槽16之间留有间隙。利用导向螺钉15与导向槽16的配合，防止传动杆11在传动机构18的带动下做旋转运动，保证传动杆11顺利进行轴向往复直线位移。具体应用中，导向螺钉的位置与数量、以及相应的导向槽的位置不作限制，二者能够形成配合，对传动杆的运动形成导向与限制即可。

驱动装置包括步进电机17与传动机构18，传动机构18的小齿轮19与大齿轮20相啮合，小齿轮19的轮轴与步进电机17的电机轴联接，大齿轮20设于两加压筒9之间，与筒体呈同轴设置，轮体中心孔设内螺纹，所述传动杆11杆体设外螺纹，贯穿大齿轮20中心孔，与所述大齿轮20之间螺纹配合构成丝杠副，将齿轮的旋转运动转换为线性运动。

两加压筒9近端筒盖10上均沿轴向内凹形成有第一环形凹槽21，大齿轮20两端面上、对应于两侧加压筒9上的第一环形凹槽21分别沿轴向内凹对应形成有相适配的第二环形凹槽22，第一环形凹槽21与第二环形凹槽22相对、之间内置相适配的滚珠环23，通过第一环形凹槽21、滚珠环23与第二环形凹槽22相配合，对大齿轮20两端面形成限位与支撑，并使大齿轮20与两侧加压筒9成为一个整体，使其在小齿轮19的带动下在固定位置做旋转运动，同时可减小大齿轮20旋转时的摩擦力。

活塞12上套装有止水垫圈13，形成对活塞12与筒体内周壁之间的密封。活塞12与传动杆11之间采用可拆卸的装配结构，以便检修与更换。

加压筒9在近远端处分别设有进水孔24与出水孔25，进水管6连接至进水孔24处，出水管27连接至出水孔25处。供水装置5向进水管6的分流处、出水管27向供水管29的汇流处均是通过三通接头连接。进水电磁阀7与出水电磁阀28均采用两位两通常闭式电磁阀，通电时阀门打开；断电时阀门关闭。

底板8上可安置电源，为各电器元件供电，两侧加压筒9呈对称布置在底板8上，驱动装置与两侧加压筒9形成双向加压筒9单元2的主体结构，分别由安装架26通过螺栓架设在底板8上，与底板8之间保留间距。

工作原理：

图10示出本发明的一种实施方式：

传动杆11自图示右侧向左侧行进，在传动杆11行进过程中，左侧进水电磁阀7关闭、左侧出水电磁阀28开启，左侧加压筒9中加压区14内的水体受压，通过左侧出水管27和左侧出水电磁阀28流入供水管29，给试验仪器供有压水；

右侧进水电磁阀7开启、右侧出水电磁阀28关闭，右侧进水管6将在吸力作用下将供水装置5内的水吸入右侧加压筒9的加压区14内，在左侧加压筒9工作过程中完成对右侧加压筒9的自动补水；

在该实施方式中，当供水管29上的压力传感器30检测到的水压力值超出误差范围最大值时，数模转换器与步进电机驱动器之间的开关闭合，步进电机驱动器停止驱动步进电机17，从而使两加压筒9内的传动杆11停止运转，此时左侧出水管27持续向外输水、左侧进水电磁阀7开启，用于补充左侧加压筒9加压区14内的水流；当运行一段时间后，压力值低于误差范围允许的最小值时，数模转换器与步进电机驱动器之间的开关再次开启，整个驱动装置再次运行，传动杆11继续运行，直至走完所预设的步长，当左侧加压筒9加压区14内水体不足时，传动装置反向带动传动杆11向右侧加压筒9移动，同时两加压筒9对应的进水电磁阀7、出水电磁阀28切换开关状态，实现传动杆11向另一侧运行时的加压和补水功能。

图11示出本发明的另一种实施方式：

右侧加压筒9加压区14内预留有充足的水流，传动杆11从图示左侧向右侧行进，在传动杆11行进过程中，右侧进水电磁阀7关闭、右侧出水电磁阀28开启，右侧加压筒9加压区14内水体受压通过右侧出水管27和右侧出水电磁阀28流向供水管29，给试验仪器供水；

与此同时，左侧进水电磁阀7开启、出水电磁阀28关闭，左侧进水管6将在吸力作用下将供水装置5内的水吸入左侧加压筒9加压区14内，完成自动补水；

在该实施方式中，当供水管29上的压力传感器30检测到的水压力值超出误差范围最大值时，步进电机17停止运行，此时右侧出水管27持续向外输水、右侧进水电磁阀7开启，用于右侧加压筒9加压区14内的水流；当运行一段时间后，压力值低于误差范围允许的最小值时，步进电机17开启，继续驱动传动杆11向右侧行进，直至走完所预设的步长、右侧加压筒9加压区14内水体不足时，步进电机17经传动机构18反向带动传动杆11向左侧移动，同时两加压筒9对应的进水电磁阀7、出水电磁阀28切换开关状态，以此循环直至试验结束。

图12为本发明控制单元4工作原理示意图。其中，数模转换器用于将压力传感器30监测到的压力信号转化为电脑可用的数字信息，并输入电脑程序进行分析判断；步进电机可编程控制器用于对步进电机17的启动、停止、正转、反转、加速、减速等进行编程控制；步进电机驱动器用于带动步进电机17运转。

传动杆11在加压筒9内行进的方向和距离受已编程好的步进电机17的控制，其行进的步长小于单侧加压筒9内腔深度，向一侧行进的距离与电脑程序预设的步长所匹配，当向一侧运行到预设步长时，能实现自动反向运转。而且，预设步长可以是单侧加压筒9内腔深度，也可以是小于单侧加压筒9内腔深度的任意长度。

整个装置接通电源后，首先判断压力值是否小于目标压力值的1-2％，当压力值小于目标压力值的1-2％，或在所设置的误差允许范围内时，数模转换器与步进电机驱动器之间的开关开启，已编程好的步进电机驱动器开始驱动步进电机17带动小齿轮19运转，通过大齿轮20继而带动传动杆11持续行进，对筒内水体加压；当压力值超出目标压力值的1+2％时，数模转换器与步进电机驱动器之间的开关闭合，步进电机驱动器停止驱动步进电机17运行，传动杆11停止行进，此时出水管27继续向供水管29供水，进水管6及时向空腔加压筒9内补水；当运行一段时间后，压力值再次小于目标压力值的1-2％时，数模转换器与步进电机驱动器之间的开关再次开启，整个装置再次运行，直至试验结束。

步进电机驱动器在步进电机可编程控制器的控制下，按照编程内容对步进电机17进行驱动，从而控制传动杆11的行进距离与方向，在上述基础上可进一步优化，将传动杆11向一侧行进的距离设置为具有记忆功能，一次压力调节未达到所设步长中间停止再次开启时，会沿着上一方向继续行进，直至走完所设步长、一侧加压筒9内液体消耗完后再实现反向。

试验时，操作步骤如下：

1、将双向加压自动补水压力控制器放置在需要控制压力的试验仪器旁的合适位置；

2、将供水装置5连接的带有进水电磁阀7的进水管6分别安装在两加压筒9远端处的进水孔24上；将两根出水管27与供水管29连接好后，再分别与两加压筒9远端处的出水孔25连接；

3、向供水装置5注入一定量的水，在电脑软件程序上设定好预设水压力值后，插上电源，让仪器预运行一段时间，待供水装置5排出水流逐渐稳定后，快速接入相关试验仪器，开始试验；

4、在试验过程中，压力传感器30所监测的压力值，经过数模转换器转换后，将信息输入电脑软件，进行判别。判别后输出相应的指令控制数模转换器与步进电机驱动器之间的开关的启闭，以控制步进电机驱动器、步进电机17的启闭；

5、当压力传感器30所测水压值在预设压力值的误差允许范围内或低于误差允许范围最小值时，数模转换器与步进电机驱动器之间的开关开启，步进电机驱动器开始驱动步进电机17运行，传动杆11开始运转，对加压筒9内水体持续加压；当压力值超出压力误差范围的最大值时，数模转换器与步进电机驱动器之间的开关闭合，步进电机17停止运行，传动杆11停止运转，此时传动杆11行进方向一侧的出水管27继续向供水管29供水，该侧进水管6上的进水电磁阀7打开，及时向加压区14内补水；当运行一段时间后，压力值低于误差范围允许的最小值时，数模转换器与步进电机驱动器之间的开关再次开启，整个装置再次运行，以此循环直至试验结束；

6、试验结束，双向加压自动补水压力控制器停止运行，点击步进电机可编程控制器上的复位键，传动杆11回到初始位置，以备下次使用。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种双向加压自动补水压力控制器，其特征是：

包括供水单元、双向加压筒单元、供压单元与控制单元；

2.根据权利要求1所述的双向加压自动补水压力控制器，其特征是：所述传动杆在每侧加压筒内单向位移的行程小于加压筒内腔深度。

3.根据权利要求1所述的双向加压自动补水压力控制器，其特征是：单个加压筒内腔深度与两加压筒之间间距长度之和与所述传动杆的杆长相等。

4.根据权利要求1所述的双向加压自动补水压力控制器，其特征是：所述加压筒上设有顺着径向设置的导向螺钉，所述传动杆上按照导向螺钉的位置与尺寸对应顺着轴向开设导向槽，所述导向螺钉伸入导向槽内，与导向槽之间留有间隙。

5.根据权利要求1所述的双向加压自动补水压力控制器，其特征是：所述驱动装置包括所述步进电机与传动机构，所述传动机构的小齿轮与大齿轮相啮合，小齿轮的轮轴与步进电机的电机轴联接，所述大齿轮设于两加压筒之间，与筒体呈同轴设置，轮体中心孔设内螺纹，所述传动杆杆体设外螺纹，贯穿大齿轮中心孔，与所述大齿轮之间螺纹配合构成丝杠副。

6.根据权利要求5所述的双向加压自动补水压力控制器，其特征是：两加压筒近端均沿轴向内凹形成有第一环形凹槽，所述大齿轮两端面上、对应于两侧加压筒上的第一环形凹槽分别沿轴向内凹对应形成有相适配的第二环形凹槽，第一环形凹槽与第二环形凹槽相对、之间内置相适配的滚珠环。

7.根据权利要求1所述的双向加压自动补水压力控制器，其特征是：所述活塞上套装有止水垫圈，形成对活塞与筒体内周壁之间的密封。